計算機控制技術(shù)在自動化沖壓線上的應(yīng)用

 一、 引言

上海大眾汽車有限公司引進的德國SCHULER 6000KN大型自動化沖壓線主要用來生產(chǎn)PASSAT轎車4門2蓋等中型沖壓件，平均沖次可達 6.7次/分鐘。SCHULER沖壓線主要由6個壓機單元和6個機械化單元組成，壓機單元主要用來進行料片沖壓，機械化單元主要采用吸盤方式進行料片拆垛、壓機之間料片傳送等任務(wù)。

SCHULER自動化壓機線的控制設(shè)備采用先進的西門子控制設(shè)備，整個自動化控制網(wǎng)絡(luò)分為兩級，第一級為基礎(chǔ)自動化網(wǎng)絡(luò)，它主要包括現(xiàn)場層 SIEMENS 可編程控制器SIMATIC H1網(wǎng)絡(luò)和操作員工作站WINCC網(wǎng)絡(luò);第二級為服務(wù)器控制管理層網(wǎng)絡(luò)。

SCHULER壓機線的整個工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較為復(fù)雜，由環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)、星形拓撲結(jié)構(gòu)、總線形拓撲結(jié)構(gòu)三種拓撲結(jié)構(gòu)類型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)組合而成。

二、基礎(chǔ)自動化網(wǎng)絡(luò)

2.1 現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)

SCHULER 壓機線現(xiàn)場層控制采用PLC和PROFIBUS現(xiàn)場總線控制。每個壓機單元和機械化單元各采用獨立的PLC控制，PLC采用西門子S5-115U可編程控制器，整條壓機線共使用了12個PLC進行控制。

2.1.1 PLC H1 網(wǎng)絡(luò)

服務(wù)器與現(xiàn)場層PLC通訊采用SIMATIC H1以太網(wǎng)絡(luò)，CSMA/CD協(xié)議，光纜介質(zhì)，通信速率為10Mbps，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。每單元PLC都配置有CP1430通訊模塊，通過相應(yīng)的OLM(光電轉(zhuǎn)換模塊)上網(wǎng)通訊，服務(wù)器內(nèi)置CP1413通訊模塊通過第一單元OLM模塊與PLC H1網(wǎng)通訊。在此服務(wù)器起到參數(shù)的上傳/下送作用，它與PLC之間的數(shù)據(jù)交換通過DDF(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)來進行。

使用光纖網(wǎng)不僅滿足了高速大容量的數(shù)據(jù)交換，也大大增強了抗外界電磁場干擾以及抗泄漏的性能，環(huán)形結(jié)構(gòu)的好處是一旦光纖網(wǎng)鏈路發(fā)生斷裂，仍可保持通信;此外，它完全與電位無關(guān)地運行，不必花費昂貴的等電位連接費用，且大大增強了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2.1.2 PROFIBUS 總線

PLC與現(xiàn)場設(shè)備的通迅采用西門子公司的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，PROFIBUS-DP總線是一種全分布式現(xiàn)場總線型現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，它通過ET200分布式輸入/輸出系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信。單個分散的現(xiàn)場設(shè)備通過PROFIBUS總線連接成可以相互溝通信息、共同完成控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，形成控制功能徹底下放到現(xiàn)場的全分布網(wǎng)絡(luò)集成式新型控制系統(tǒng)，它大大簡化了現(xiàn)場布線并節(jié)省了安裝費用。

ET200分布式輸入/輸出系統(tǒng)采用主棧和從棧結(jié)構(gòu) ， 主棧在總線上向從棧發(fā)送數(shù)據(jù)并向從棧索取數(shù)據(jù) ， 從棧只有當主棧發(fā)出請求時才能與主棧進行數(shù)據(jù)交換。

在本控制系統(tǒng)的PROFIBUS現(xiàn)場總線中，內(nèi)置總線接口控制板IM308-C的PLC作為總線的主棧，ET200 輸入/輸出模塊作為總線的從棧，總線傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，PLC通過PROFIBUS-DP實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。

2.2 操作員工作站W(wǎng)inCC網(wǎng)絡(luò)

操作員工作站通信網(wǎng)絡(luò)采用10BASE-T以太網(wǎng)，TCP/IP開放協(xié)議，光纜介質(zhì)，通信速率為10Mbps ，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，具體配置為：每個壓機單元各附有前后2個操作員工作站，SCHULER自動化壓機線共有12個操作員工作站，工作站內(nèi)置3COM網(wǎng)卡通過TPTR(以太網(wǎng)接口)及相應(yīng)的 OLM(光電轉(zhuǎn)換模塊)模塊與以太網(wǎng)通訊，第一單元的OLM模塊通過雙絞線與HUB(中央集線器)相連，服務(wù)器內(nèi)置3COM網(wǎng)卡與HUB相連，從而實現(xiàn)服務(wù)器與操作員工作站以太網(wǎng)絡(luò)的通訊。

2.2.1 WinCC 組態(tài)軟件

操作員站的人機界面的畫面組態(tài)采用西門子公司的SIMATIC WinCC 4 .0工控組態(tài)軟件。 SIMATIC WinCC(Windows Control Center)是西門子公司開發(fā)的全32位的分布自動化控制組態(tài)軟件，WinCC 作為一個監(jiān)控組態(tài)軟件具有強大功能以及高度開放性，可使用戶設(shè)計出界面良好的、功能完善的監(jiān)控系統(tǒng);且由于它能在Windows標準環(huán)境下利用各Windows 的便利功能，可大為縮短開發(fā)生成過程軟件包的時間。WinCC軟件主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理2個基本功能。數(shù)據(jù)采集是指從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)處理，采集主要由作為現(xiàn)場控制站的PLC完成。數(shù)據(jù)管理是把從現(xiàn)場得到的數(shù)據(jù)進行處理后并把它送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫以及由數(shù)據(jù)庫訪問函數(shù)讀取數(shù)據(jù)然后再送到應(yīng)用中去。

2.2.2 WinCC網(wǎng)絡(luò)

在本系統(tǒng)中，服務(wù)器作為WinCC的Server，也作為SQL(結(jié)構(gòu)化查詢語言)Server(數(shù)據(jù)庫服務(wù)器)，它包括有運行數(shù)據(jù)庫和工程數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)經(jīng)PLC通過服務(wù)器送到WinCC中進行采集和管理，經(jīng)處理后，送到服務(wù)器的運行數(shù)據(jù)庫;所有的模具及生產(chǎn)數(shù)據(jù)都儲存在SQL服務(wù)器的工程數(shù)據(jù)庫中，SQL服務(wù)器經(jīng)過以太網(wǎng)連接到生產(chǎn)線的WinCC操作員站上，模具生產(chǎn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)在服務(wù)器或操作員站上以圖形方式顯示出來，實現(xiàn)監(jiān)控。在生產(chǎn)時，模具作業(yè)在選定后，WinCC操作站收到從SQL服務(wù)器來的模具生產(chǎn)所需要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，然后啟動生產(chǎn)過程。數(shù)據(jù)庫總計可存有1000套模具數(shù)據(jù)，隨時可以檢索。

操作人員通過分別設(shè)在沖壓線6個壓機單元上的12個操作員站的WinCC人機界面可以監(jiān)視每個壓機單元及機械化單元的工作狀態(tài)及故障報警顯示，并可進行模具數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及生產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)定等操作。

三、控制管理層網(wǎng)絡(luò)

壓機線服務(wù)器通過10BASE-T中央集線器(HUB)與路由器(ROUTER)及操作員站以太網(wǎng)和PMS(壓機生產(chǎn)管理系統(tǒng))連成控制管理層星形網(wǎng)絡(luò)。

3.1 網(wǎng)絡(luò)操作平臺

服務(wù)器與操作員站采用服務(wù)器/客戶機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行通訊。服務(wù)器的操作平臺是WinNT Server 4.0中文操作系統(tǒng)，操作員站的操作平臺是 Win NT Workstation 4 .0中文操作系統(tǒng)。WinNT操作平臺具有安全性、可靠性、多任務(wù)性等特點，并具有較好的軟件兼容性，支持絕大多數(shù)Windows應(yīng)用軟件，為用戶的工作提供很大的便利。

3.2 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

服務(wù)器作為SCHULER壓機控制網(wǎng)絡(luò)的中樞，服務(wù)器安全對保障整個壓機線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全具有十分重要的意義，服務(wù)器采用硬件RAID(磁盤陣列)技術(shù)。

四、結(jié)束語

SCHULER自動化壓機線的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)采用了許多較新的技術(shù)，壓機線正常生產(chǎn)以來，網(wǎng)絡(luò)運行十分穩(wěn)定 ，保證了壓機線的高效生產(chǎn)。SCHULER壓機自動化線的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于國內(nèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及應(yīng)用也有許多參考之處。